Образовавшийся
в клубочках ультрафильтрат далее
поступает в проксимальные канальцы.
Эпителиальные клетки, образующие стенки
проксимальных канальцев, как и все
клетки, способные транспортировать
вещества, имеют асимметричное строение,
то есть, характеризуются направленностью
процессов от апикальной к базальной
поверхности клетки.
Апикальная мембрана
клетки, обращенная в просвет канальца,
имеет щеточную каемку, почти в 40 раз
увеличивающую поверхность всасывания
и обладающую большой сорбционной
способностью. Базальная мембрана клеток
образует складки, пространство между которыми называется базальным лабиринтом.
Именно туда и поступает реабсорбированная
жидкость, прежде чем попасть в
перитубулярные капилляры. Между собой
клетки соединяются так называемыми
плотными контактами или плотными
соединениями. На всем остальном протяжении
они разделены довольно широким
межклеточным пространством — базолатеральным
лабиринтом.
Рисунок 7 Схема
строения эпителия проксимальных
канальцев
Посмотрите на
рис.7. и Вы увидите, что для реабсорбции
растворённых веществ и воды из просвета
канальца в базальный лабиринт и далее
в кровь, есть два пути: под номером 1
показан первый путь — трансцеллюлярный
– через клетку.
В этом случае вещество
на своем пути должно преодолеть две
плазматические мембраны (апикальную и
базальную) и цитоплазму клетки. Второй
путь реабсорбции — парацеллюлярный, между клетками — показан под номером 2.
Он проходит через зоны плотных контактов.
При таком транспорте могут быть
использованы механизмы диффузии, осмоса
и перенос вещества вместе с растворителем.
Рассмотрение
реабсорбции в проксимальном канальце
следует начать с механизмов реабсорбции
Nа, поскольку именно с Nа прямо или
косвенно связана реабсорбция других
веществ. Процесс реабсорбции натрия
можно разделить на 3 этапа: прохождение
через апикальную мембрану, движение
через клетку к базальной мембране и
эвакуация из клетки через базальную
мембрану в межклеточное пространство.
Рассмотрим их
поэтапно.
Апикальный
транспорт.
Вход Nа в клетку через апикальную мембрану
представляет собой пассивный процесс.
Он происходит по электрохимическому и
концентрационному градиенту.
Эти
градиенты создаются благодаря активному
транспорту натрия из клетки через
базальные и базолатеральные мембраны
(о чем мы расскажем ниже). В апикальной
мембране клеток имеются Nа-каналы и
Nа-переносчики, облегчающие пассивный
вход Nа.
Дело в том, что липидная основа
мембраны непроницаема для гидрофильного
иона Nа даже при наличии большого
электрохимического градиента и
отрицательного заряда на внутренней
поверхности клеточной мембраны.
Чтобы
ионы Nа могли проникнуть через клеточную
мембрану, в ней имеются гидрофильные
белки — облегчители (пермеазы), образующие
каналы, по которым проходит Nа. Схема
транспорта Nа в клетках проксимальных
канальцев представлена на рис.8.
Следующая группа
механизмов апикального поступления Nа
осуществляется с помощью вторично-активного
транспорта. Котранспортёр (переносчик)
может переносить Nа и какое-либо второе
вещество в одном направлении по механизму
симпорта. Примером такого вида транспорта
является совместный перенос Nа с глюкозой
и Nа с аминокислотами.
По другому варианту
вещество, например Н+,
может выходить из клетки в обмен на ион
Nа+,
который движется в клетку: этот механизм
называется противотранспорт или
антипорт. Транспорт Na может быть сопряжён
с транспортом бикарбоната и фосфатов.
Вошедший в клетку Nа не смешивается с
общим Nа клетки, а продвигается к местам
эвакуации по специальной транспортной
системе каналов, не нарушая клеточную
внутреннюю среду.
Базальный
транспорт.
Через базальную и базолатеральную
мембраны Nа транспортируется активно
против электрохимического и
концентрационного градиента с помощью
Nа+–К+насосов.
При этом ион Nа+
обменивается на ион К+.
Главная роль в работе насосов принадлежит
ферменту Nа+/К+
— АТФазе, которая вызывает распад
молекулы АТФ, что и дает энергию,
необходимую для реабсорбции. Такой вид
транспорта называется первично-активный.
То обстоятельство, что Nа+
постоянно откачивается из клетки, весьма
важно, т.к.
благодаря этому концентрация
Nа+
в клетке остается низкой, что и обеспечивает
совместно с электрохимическим потенциалом
поступление в клетку новых порций
натрия.
Рисунок 8 Схема
транспорта натрия в клетках проксимального
канальца
Мы рассмотрели
как Nа+
реабсорбируется через клетку
(трансцеллюлярно), но некоторое количество
Nа может проходить через зоны плотных
контактов (парацеллюлярно) совместно
с ионами Cl-.
Вслед за электролитами
пассивно по осмотическому градиенту
из канальцев устремляется вода, она
переносится частично через зоны клеточных
контактов, частично через клетку по
специальным водным каналам.
Двигаясь,
вода захватывает и уносит в своем потоке растворенные в канальцевой жидкости
вещества (главным образом Nа, Cl и мочевину).
Этот механизм переноса называется
«следование за растворителем» или
«перенос веществ вместе с растворителем».
В проксимальном
канальце реабсорбируется большая часть
профильтровавшегося Nа (65-80%) и 80% воды.
Отличительной особенностью реабсорбции
в проксимальном канальце является то,
что вслед за Nа и другими осмотически
активными веществами в
эквивалентных количествах
реабсорбируется вода, поэтому жидкость
в проксимальном канальце остается
изоосмотичной плазме крови, и ее
осмотическая концентрация составляет
300 мосм/л.
Реабсорбция
глюкозы. Мы
уже упоминали, что через апикальную
мембрану глюкоза поступает посредством
системы симпорта с Nа.
Движение глюкозы
опосредованно участием переносчика и
является вторично-активным транспортом,
поскольку энергия, необходимая для
переноса глюкозы через апикальную
мембрану, вырабатывается за счет
транспортирующих Nа насосов. Через
базальную мембрану глюкоза покидает
клетку путем облегченной диффузии (рис
9).
Рисунок 9 Механизм
реабсорбции глюкозы в проксимальном
канальце
При нормальной
концентрации глюкозы в крови (3,3-5,5
ммоль/л) вся фильтрируемая глюкоза
практически полностью (100%) реабсорбируется
клетками проксимальных канальцев и в
окончательной моче она отсутствует.При
повышении содержания глюкозы в крови
с 5 до 10 ммоль/л глюкоза появляется в
моче (глюкозурия).
В этом случае оказывается
превышен почечный порог — количество
профильтровавшейся глюкозы превышает
реабсорционную способность канальцев,
транспортные системы максимально
насыщаются, и избыток глюкозы выводится
с мочой.
Реабсорбционная способность
канальцев определяется по глюкозе с
использованием клиренсового метода
(метод очищения, описание метода в
руководстве к лабораторным работам).
Подобно глюкозе
в проксимальных канальцах почти полностью
реабсорбируются аминокислоты. Реабсорбция
аминокислот осуществляется путем
вторично-активного транспорта, совместно
с Nа. Однако для аминокислот в апикальной
мембране имеется не один переносчик,
как для глюкозы, а 5-7 видов переносчиков,
специфичных для различных групп
аминокислот.
В проксимальных
канальцах реабсорбируются низкомолекулярные
белки, которые в небольшом количестве
(примерно 1,8 г/сут.) фильтруются и поступают
в проксимальные канальцы. Фактически
весь профильтровавшийся белок
реабсорбируется, и экскреция его с мочой
ничтожно мала (до 100 мг/сут.). При заболевании
почек количество белков в моче может
возрастать до 50,0 г/сут. (протеинурия).
Реабсорбция белка происходит путем
эндоцитоза. Молекула белка адсорбируется
на апикальной мембране, мембрана
впячивается, образуя вакуоли. Эти вакуоли
отщепляются от мембраны клетки, сливаются
в клетке с лизосомами, где под действием
лизосомальных ферментов белок расщепляется
до аминокислот. Продукты расщепления
затем покидают клетку.
В ПК также
реабсорбируются бикарбонат, калий,
фосфаты, витамины.
Nа и другие
реабсорбированные вещества, пройдя
через стенку ПК, поступают в базальный
и базолатеральный лабиринты. Затем
жидкость эвакуируется в кровь
перитубулярных капилляров, но механизм
этот не совсем ясен.
Существует гипотеза,
согласно которой онкотическое давление
в этих капиллярах значительно превышает
онкотическое давление крови, поступившей
в клубочки, поскольку в процессе
фильтрации кровь теряет часть плазмы,
и оттекающая от клубочка кровь, несколько
сгущается.
Другая гипотеза главное
значение придает гидростатическому
давлению, возникшему в базальном
лабиринте из-за скопления в нем большого
объема жидкости. Возможно, справедливы
обе гипотезы.
Подведем
некоторые итоги:
посмотрите еще раз на рисунок 6 и
удивитесь той огромной работе, которую
совершают клетки ПК. В них реабсорбируется
100% глюкозы и аминокислот, белки, 80% Nа,
80% воды, 80% бикарбоната, витамины и другие
вещества. Но при всей сложности и
многообразии транспортных процессов
в проксимальных канальцах они являют
собой чудо экономичности и эффективности.
Запомните
особенности проксимальной реабсорбции:
-
Большой объем (из 120 мл профильтровавшейся за 1 минуту жидкости на выходе их ПК остается 20 мл).
-
Возвращает в кровь биологически ценные органические и минеральные вещества.
-
Ведущим в реабсорбции является ион Nа, с которым сопряжена реабсорбция других веществ.
-
Реабсорбция в проксимальных канальцах называется изоосмотическая, т.к. вода и Nа реабсорбируются взаимосвязано. В результате химический состав канальцевой жидкости меняется, а осмотическая концентрация не изменяется (300мосм/л).
Фарматека » новый класс антидиабетических препаратов – ингибиторы натрий-глюкозных котранспортеров
Рассматриваются свойства канаглифлозина и дапаглифлозина – первых представителей нового класса сахароснижающих препаратов: пероральных ингибиторов натрий-глюкозного котранспортера 2 типа (SGLT2), недавно разрешенных к применению в США и Европе соответственно.
Ингибиторы SGLT2 снижают концентрацию глюкозы в крови за счет не зависимого от инсулина снижения реабсорбции глюкозы в проксимальных почечных канальцах, т. е. стимуляции ее выведения с мочой. Эффективность канаглифлозина и дапаглифлозина в лечении больных сахарным диабетом 2 типа продемонстрирована в контролируемых клинических испытаниях.
Подчеркивается, что их место в терапии диабета должны определить результаты будущих клинических и фармакоэпидемиологических исследований.
Вмарте 2013 г. FDA одобрило препарат канаглифлозин для лечения взрослых пациентов с сахарным диабетом 2 типа (СД2). Он стал первым представителем нового класса пероральных ингибиторов натрий-глюкозного котранспортера 2-го типа (SGLT2), разрешенным к применению в США. В Европе в ноябре 2012 г.
был одобрен другой препарат этого класса – дапаглифлозин, которому ранее было отказано в регистрации в США в связи с подозрением на повышенный риск развития рака молочной железы и мочевого пузыря.
После проведения дополнительных исследований производитель вновь подал заявку на регистрацию дапаглифлозин в США в июле 2013 г. В свою очередь канаглифлозин находится на рассмотрении в Европейском агентстве по лекарственным средствам (EMA).
В FDA также подана заявка на регистрацию эмпаглифлозина, а в японские регуляторные органы – заявка на регистрацию ипраглифлозина и лузеоглифлозина. Клинические испытания проходят еще несколько препаратов с аналогичным механизмом действия различных производителей [1]. Все они предназначены для лечения СД2.
В мае этого года также было объявлено о начале II фазы клинических испытаний по изучению эффективности и безопасности неселективного ингибитора натрийзависимых переносчиков глюкозы 1-го и 2-го типов (SGLT1 и SGLT2) LX4211 для больных СД 1 типа.
Механизм действия и история создания
Ингибиторы SGLT снижают концентрацию глюкозы в крови за счет стимуляции ее выведения с мочой.
У здоровых людей в клубочках почек за сутки фильтруется примерно180 г глюкозы, которая подвергается практически полной реабсорбции в проксимальных канальцах [2, 3]. Глюкозурия развивается в случае, когда скорость поступления глюкозы в нефрон выше 260–350 мг/мин/1,73 м² [4]. Девяносто процентов глюкозы реабсорбируются в начальной части проксимального канальца (S1 сегмент).
Основным натрийзависимым переносчиком глюкозы, ответственным за ее реабсорбцию в S1-сегменте, является SGLT2-белок, состоящий из 672 аминокислот и содержащий 14 мембраносвязывающих сегментов [5].
Ингибирование SGLT2 посредством не зависимого от инсулина механизма приводит к снижению реабсорбции глюкозы в проксимальных канальцах и увеличению ее экскреции с мочой с последующим снижением уровня глюкозы в плазме крови.
Другой SGLT, на 60 % идентичный SGLT2 по аминокислотному составу [5], определяется в тонкой кишке и в дистальных сегментах S2 и S3 проксимального канальца, где реабсорбируются примерно 10 % глюкозы, не подвергшейся обратному всасыванию в сегменте S1 [6, 7].
Первым веществом, у которого в 1930-х гг. была обнаружена способность тормозить активность транспортеров глюкозы в почках, был флоризин [1].
Антидиабетические свойства препарата изучались in vitro и в экспериментальных исследованиях на различных видах животных, в которых было показано, что за счет ингибирования обоих котранспортеров (SGLT1 и SGLT2) препарат повышает секрецию глюкозы с мочой, нормализует ее уровень в плазме крови, не вызывая гипогликемии [3]. Недостатками флоризина были его низкая биодоступность при приеме внутрь и потенциальная токсичность, в связи с чем его разработка в качестве антидиабетического препарата прекращена. Поскольку указанные недостатки флоризина связывали в основном с его неселективностью, на основе его структуры были разработаны вещества с преимущественным влиянием на SGLT2 [1].
Дапаглифлозин
Дапаглифлозин – мощный и высокоселективный ингибитор SGLT2 обратимого действия, вызывающий дозозависимый сахароснижающий эффект натощак и после еды за счет стимуляции выведения глюкозы с мочой [8–10].
Длительное введение дапаглифлозина животным приводило к уменьшению продукции глюкозы печенью и увеличению ее поступления в печень, повышению чувствительности к инсулину, улучшению морфологии островков Лангерганса без уменьшения массы β-клеток.
У больных СД2 препарат также вызывал дозозависимое снижение массы тела вследствие осмотического диуретического эффекта и потери калорий за счет глюкозурии [11, 12].
Дапаглифлозин обладает высокой (75 %) биодоступностью при введении внутрь, быстро всасывается из желудочно-кишечного тракта, имеет линейную фармакокинетику и достаточно длительный период полувыведения (13,8 ± 9,4 часа), позволяющий применять его 1 раз в сутки [13, 14].
Он был изучен в 19 клинических исследованиях, включивших более 5000 пациентов, получавших препарат.
Через 12–24 недели применения дапаглифлозина в виде монотерапии или в качестве дополнительного препарата к оральным антидиабетическим средствам (с инсулином или без него) снижение уровня гемоглобина A1c у больных СД2 составляло 0,54–0,89 % [15], а снижение массы – 2–3 кг по сравнению с плацебо [11, 12].
В группе дапаглифлозина также наблюдалось снижение артериального давления (систолического на 2–5, диастолического на 1,5–3,0 мм рт. ст.), не приведшее к повышению частоты сердечных сокращений, и увеличение гематокрита (на 1–2 %), что связывают с его диуретическим эффектом [14]. Частота гипогликемии при применении дапаглифлозина не отличалась от таковой при применении плацебо.
В целом препарат продемонстрировал благоприятный профиль побочных реакций. Однако в группе дапаглифлозина чаще, чем в группе плацебо, наблюдались инфекции урогенитального тракта (2–13 против 0–8 %) [14], переломы костей у пациентов с умеренной почечной недостаточностью и редкие случаи поражения печени [15].
Кроме того, при анализе 11 клинических исследований, представленных при подаче заявки на регистрацию в FDA, было выявлено 9 (0,16 %) случаев рака мочевого пузыря среди 5478 пациентов, получавших дапаглифлозин, по сравнению с 1 (0,03 %) случаем среди 3156 пациентов, не получавших препарат (р = 0,15).
Частота рака молочной железы среди 2223 женщин, получавших дапаглифлозин (n = 9; 0,4 %), также оказалась выше, чем среди 1053 женщин в контрольной группе (n = 1; 0,09 %), хотя разница тоже имела недостоверный характер (р = 0,27) [15].
Тем не менее число случаев рака у пациентов, получавших дапаглифлозин, превысило ожидаемое (на основании эпидемиологических данных) у больных СД2. Все случаи рака мочевого пузыря были зарегистрированы в первые 2 года (43–727 дней) лечения [16]. Двум из девяти женщин с раком молочной железы диагноз был поставлен в первые 6 недель терапии [16].
При этом исходные факторы риска развития рака мочевого пузыря и молочной железы были одинаковыми в основной и контрольной группах. Для оценки риска развития злокачественных новообразований FDA запросило у компаний-разработчиков дополнительные данные. В июле 2013 г.
к повторной заявке на регистрацию разработчики приложили данные нескольких новых клинических исследований и результаты длительного наблюдения (до 4 лет) за пациентами, участвовавшими в ранее представленных исследованиях, которые предстоит изучить сотрудникам FDA для оценки соотношения польза/риск дапаглифлозина.
EMA в отличие от FDA пришло к заключению, что польза дапаглифлозина превышает потенциальные риски, и зарегистрировало препарат для лечения больных СД2 в качестве дополнительного средства к диете и физическим упражнениям в комбинации с другими сахароснижающими препаратами, включая инсулин, и для применения в виде монотерапии больных с непереносимостью метформина [17]. При этом эксперты EMA подчеркнули необходимость надзора за случаями рака мочевого пузыря и молочной железы и дальнейшего изучения препарата на лицах старше 75 лет и пациентах с риском развития гиповолиемии, гипотонии и электролитных нарушений. Дапаглифлозин не рекомендован больным с тяжелым нарушением функции почек. Эффективность и безопасность препарата при длительном применении уже изучаются в хорошо спланированных клинических программах [14].
Канаглифлозин
Канаглифлозин, как и дапаглифлозин, является избирательным ингибитором SGLT2 (со слабым действием на SGLT1) и имеет сходные фармакокинетические свойства (биодоступность при приеме внутрь – 65 %, период полувыведения – 10,6–13,1 часа, высокая степень связывания с белками плазмы, отсутствие выраженного метаболизма цитохромами P450 в печени) [18].
В клинических исследованиях канаглифлозин изучался на больных СД2 в виде монотерапии, а также в комбинации с пероральными сахароснижающими препаратами и инсулином.
В рамках III фазы клинических испытаний было проведено 9 рандомизированных мультицентровых клинических исследований препарата с участием примерно 10,3 тыс. пациентов, в т. ч. пожилого возраста и с умеренной почечной недостаточностью [19, 20].
Длительность применения канаглифлозина составляла в среднем 38 недель, 1832 пациентами – более 50 недель.
Лечение канаглифлозином приводило к клинически и статистически значимому снижению уровня глюкозы в плазме крови натощак на 16,2–42,4 %, уровня HbA1c на 0,45–1,1 % и массы тела на 0,7–3,5 кг [21, 22].
В двух исследованиях, представленных на 72-й ежегодной научной сессии Американской диабетической ассоциации, канаглифлозин в суточной дозе 300 мг вызывал более выраженное, чем ситаглиптин и глимепирид, снижение уровня HbA1c и более выраженное, чем ситаглиптин, снижение массы тела при равной частоте побочных явлений [23, 24]. При монотерапии канаглифлозином наблюдали тенденцию к снижению по сравнению с плацебо уровня триглицеридов и повышение на 26-й неделе уровня холестерина липопротеидов высокой плотности на 6,8 и 6,1 % при применении в дозах 100 и 300 мг соответственно. Уровень холестерина липопротеидов низкой плотности также повышался: на 2,1 % – в группе, получавшей 100 мг препарата, и на 6,1 % – в группе, получавшей 300 мг [19, 25].
В целом канаглифлозин хорошо переносится.
Например, в исследовании с участием пожилых пациентов частота нежелательных явлений была несколько выше, чем в группе плацебо, только в группе, получавшей 300 мг препарата (78,0 против 73,4 %), а при применении в дозе 100 мг не отличалась от таковой (72,2 против 73,4 %) [19]. Частота серьезных нежелательных явлений или отмены лечения из-за нежелательных явлений была низкой во всех группах.
Наиболее частыми побочными эффектами канаглифлозина в клинических исследованиях были инфекции мочевыводящих путей, генитальные грибковые инфекции, особенно у женщин, и учащение мочеиспускания [18]. Другие побочные явления включали снижение артериального давления, гиперкалиемию (особенно выраженную в дозе 300 мг) и гипогликемию.
Риск развития ортостатической гипотонии и гиперкалиемии может ограничить применение канаглифлозина пациентами с нарушенной функцией почек и пониженным артериальным давлением, лицами пожилого возраста и больными, принимающими диуретики, ингибиторы АПФ и другие препараты, снижающие объем циркулирующей плазмы и/или повышающие уровень калия в крови [18, 26].
Кроме того, в длительных исследованиях (более года) применение канаглифлозина ассоциировалось со снижением минеральной плотности костной ткани в поясничном отделе позвоночника и в бедре и более высокой частотой переломов, чем в контрольной группе, однако различия балансировали на грани достоверности.
В некоторых исследованиях также наблюдалось небольшое повышение риска развития острого или хронического панкреатита по отношению к препаратам сравнения [18].
Реабсорбция и секреция веществ в почечных канальцах, трубочках и протоках
Формирование состава конечной мочи осуществляется в ходе трех процессов — фильтрации в клубочках (см. выше), реабсорбции и секреции в канальцах, трубочках и протоках. Оно представлено следующей формулой:
Интенсивность выделения многих веществ из организма определяется в большей степени реабсорбцией, а некоторых веществ — секрецией.
Реабсорбция {обратное всасывание) — это возврат необходимых организму веществ из просвета канальцев, трубочек и протоков в интерстиций и кровь (рис. 6.2). Реабсорбция характеризуется двумя особенностями.
Во-первых, канальцевая реабсорбция жидкости (воды), как и клубочковая фильтрация, является значительным в количественном отношении процессом.
Это означает, что потенциальный эффект от малого изменения реабсорбции может оказаться очень существенным
Рис. 6.2. Локализация транспортных процессов (секреции и реабсорбции
в нефроне)
для объема выделяемой мочи. Например, снижение реабсорбции всего на 5% (со 178,5 до 169,5 л/сут) увеличит объем конечной мочи с 1,5 л до 10,5 л/сут (в 7 раз, или на 600%) при прежнем уровне фильтрации в клубочках. Во-вторых, канальцевая реабсорбция отличается высокой селективностью (избирательностью).
Некоторые вещества (аминокислоты, глюкоза) почти полностью (более чем на 99%) реабсорбируются, а вода и электролиты (натрий, калий, хлор, бикарбонаты) в очень значительных количествах подвергаются реабсорбции, но их реабсорбция может существенно изменяться в зависимости от потребностей организма, что сказывается на содержании этих веществ в конечной моче. Другие вещества (например, мочевина) реабсорбируются значительно хуже и выделяются в больших количествах с мочой. Многие вещества после фильтрации не подвергаются реабсорбции и полностью экскрети- руются при любой их концентрации в крови (например, креатинин, инулин). Благодаря избирательной реабсорбции веществ в почках осуществляется точный контроль состава жидких сред организма.
Вещества в зависимости от механизмов и степени их реабсорбции делят на пороговые и беспороговые. Пороговые вещества в нормальных условиях реабсорбируются из первичной мочи почти полностью при участии механизмов облегченного транспорта.
Эти вещества появляются в значительных количествах в конечной моче, когда их концентрация в плазме крови (и тем самым в первичной моче) увеличится и превысит «порог выведения», или «почечный порог».
Величина этого порога определяется возможностями белков-переносчиков в мембране эпителиальных клеток обеспечивать перенос профильтровавшихся веществ через стенку канальцев.
При исчерпании (перенасыщении) возможностей транспорта, когда в переносе задействованы все белки-переносчики, часть вещества не может реабсорбироваться в кровь, и оно появляется в конечной моче. Так, например, порог выведения для глюкозы составляет 10 ммоль/л (1,8 г/л) и почти в 2 раза превышает ее нормальное содержание в крови (3,33-5,55 ммоль/л).
Это означает, что если концентрация глюкозы в плазме крови превышает 10 ммоль/л, то наблюдается глюкозурия — выделение глюкозы с мочой (в количествах более 100 мг/сут). Интенсивность глюкозурии возрастает пропорционально увеличению содержания глюкозы в плазме крови, что является важным диагностическим признаком тяжести сахарного диабета.
В норме уровень глюкозы в плазме крови (и первичной моче) даже после еды почти никогда не превышает величины (10 ммоль/л), необходимой для ее появления в конечной моче. Беспороговые вещества не имеют порога выведения и удаляются из организма при любой их концентрации в плазме крови. Такими веществами обычно являются продукты метаболизма, подлежащие удалению из организма (креатинин), и другие органические вещества (например, инулин). Эти вещества используются для исследования функций почек.
Одни из удаляемых веществ могут частично реабсорбироваться (мочевина, мочевая кислота) и выводятся не полностью (табл. 6.1), другие практически не реабсорбируются (креатинин, сульфаты, инулин).
Реабсорбция — многоэтапный процесс, включающий переход воды и растворенных в ней веществ сначала из первичной мочи в межклеточную жидкость, а затем через стенки перитубулярных капилляров в кровь.
Переносимые вещества могут проникать в межклеточную жидкость из первичной мочи двумя путями: трансцеллюлярно (через клетки канальцевого эпителия) либо парацеллюлярно (по межклеточным пространствам).
Реабсорбция макромолекул при этом осуществляется за счет эн- доцитоза, а минеральных и низкомолекулярных органических веществ — за счет активного и пассивного транспорта, воды — через аквапорины пассивно, путем осмоса.
Из межклеточных пространств в перитубулярные капилляры растворенные вещества реабсорбируются под действием разницы сил между давлением крови в капиллярах (8-15 мм рт. ст.) и ее коллоидно-осмотическим (онкотическим) давлением (28-32 мм рт. ст.).
Процесс реабсорбции ионов Na+ из просвета канальцев в кровь состоит как минимум из трех этапов.
На 1-м этапе ионы Na+ поступают из первичной мочи в клетку эпителия канальца через апикальную мембрану пассивно путем облегченной диффузии с помощью белков-переносчиков по концентрационному и электрическому градиентам, создаваемым работой Na+/K+-Hacoca базолатеральной поверхности эпителиальной клетки.
Поступление ионов Na+ в клетку часто сопряжено с совместным транспортом глюкозы (белок-переносчик (SGLUT-1) или аминокислот (в проксимальном канальце), ионов К+ и С Г (в петле Гейле) в клетку (котранспорт, симпорт) или с контртранспортом (антипортом) ионов Н+, NH3+ из клетки в первичную мочу.
На 2-м этапе транспорт ионов Na+ через базолатеральную мембрану в межклеточную жидкость осуществляется первично-активным транспортом против электрического и концентрационного градиентов с помощью Na+/K+-Hacoca (АТФа- зы).
Реабсорбция ионов Na+ способствует обратному всасыванию воды (путем осмоса), вслед за которой пассивно всасываются ионы СП, НС03, частично мочевина. На 3-м этапе реабсорбция ионов Na+, воды и других веществ из межклеточной жидкости в капилляры происходит под действием сил градиентов гидростатического и онкотического давлений крови.
Глюкоза, аминокислоты, витамины реабсорбируются из первичной мочи путем вторично-активного транспорта (сим- порта совместно с ионом Na+).
Белок-переносчик апикальной мембраны эпителиальной клетки канальца связывает ион Na+ и молекулу органического вещества (глюкозу SGLUT-1 или аминокислоту) и перемещает их внутрь клетки, причем движущей силой является диффузия Na+ в клетку по электрохимическому градиенту.
Из клетки через базолатеральную мембрану глюкоза (с участием белка-переносчика GLUT-2) и аминокислоты выходят пассивно путем облегченной диффузии по концентрационному градиенту
Белки молекулярной массой менее 70 кД, фильтрующиеся из крови в первичную мочу, реабсорбируются в проксимальных канальцах путем пиноцитоза, частично расщепляются в эпителии лизосомными ферментами, и низкомолекулярные компоненты и аминокислоты возвращаются в кровь. Появление белка в моче обозначается термином «протеинурия» (чаще альбуминурия).
Кратковременная протеинурия до 1 г/л может развиться у здоровых лиц после интенсивной продолжительной физической работы. Наличие постоянной и более высокой протеинурии — признак нарушения механизмов клубочковой фильтрации и (или) канальцевой реабсорбции в почках. Клубочковая (гломерулярная) протеинурия обычно развивается при повышении проницаемости клубочкового фильтра.
В результате белок поступает в полость капсулы Шумлянско- го — Боумена и проксимальные канальцы в количествах, превышающих возможности его ребсорбции механизмами канальцев — развивается умеренная протеинурия. Канальцевая (тубулярная) протеинурия связана с нарушением реабсорбции белка вследствие повреждения эпителия канальцев или нарушения лимфооттока.
При одновременном повреждении клубочковых и канальцевых механизмов развивается высокая протеинурия.
Реабсорбция веществ в почках тесно связана с процессом секреции. Термин «секреция» для описания работы почек используется в двух значениях.
Во-первых, секреция в почках рассматривается как процесс (механизм) транспорта веществ, подлежащих удалению в просвет канальцев не через клубочки, а из интерстиция почки или непосредственно из клеток почечного эпителия. При этом выполняется экскреторная функция почки.
Секреция веществ в мочу осуществляется активно и (или) пассивно и часто сопряжена с процессами образования этих веществ в эпителиоцитах канальцев почек. Секреция дает возможность быстро удалить из организма ионы К+, Н+, NH3, а также некоторые другие органические и лекарственные вещества.
Во-вторых, термин «секреция» используется для описания синтеза в почках и высвобождения ими в кровь гормонов эритропоэтина и кальцитриола, фермента ренина и других веществ. В почках активно идут процессы глюконеогенеза, и образующаяся при этом глюкоза также транспортируется (секретируется) в кровь.
Канальцевая реабсорбция
Канальцевая реабсорбция
Первичная моча превращается в конечную благодаря процессам, которые происходят в почечных канальцах и собирательных трубочках. В почке человека за сутки образуется 150- 180 л фильтрата, или первичной мочи, а выделяется 1,0 – 1,5 л мочи. Остальная жидкость всасывается в канальцах и собирательных трубочках.
Канальцевая реабсорбция – это процесс обратного всасывания воды и веществ из содержащейся в просвете канальцев мочи в лимфу и кровь. Основной смысл реабсорбции состоит в том, чтобы сохранить организму все жизненно важные вещества в необходимых количествах. Обратное всасывание происходит во всех отделах нефрона. Основная масса молекул реабсорбируется в проксимальном отделе нефрона.
Здесь практически полностью реабсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы, значительное количество ионов Na+, Сl-, НСО3- и многие другие вещества. В петле Генле, дистальном отделе канальца и собирательных трубочках всасываются электролиты и вода. Ранее считали, что реабсорбция в проксимальной части канальца является обязательной и нерегулируемой.
В настоящее время доказано, что она регулируется как нервными, так и гуморальными факторами.
Обратное всасывание различных веществ в канальцах может происходить пассивно и активно. Пассивный транспорт происходит без затраты энергии по электрохимическому, концентрационному или осмотическому градиентам. С помощью пассивного транспорта осуществляется реабсорбция воды, хлора, мочевины.
Активным транспортом называют перенос веществ против электрохимического и концентрационного градиентов. Причем различают первично-активный и вторично-активный транспорт. Первично-активный транспорт происходит с затратой энергии клетки.
Примером служит перенос ионов Na+ с помощью фермента Na+,К+–АТФазы, использующей энергию АТФ. При вторично-активном транспорте перенос вещества осуществляется за счет энергии транспорта другого вещества.
Механизмом вторично-активного транспорта реабсорбируются глюкоза и аминокислоты.
Глюкоза.
Она поступает из просвета канальца в клетки проксимального канальца с помощью специального переносчика, который должен обязательно присоединить ион Na+. Перемещение этого комплекса внутрь клетки осуществляется пассивно по электрохимическому и концентрационному градиентам для ионов Na+.
Низкая концентрация натрия в клетке, создающая градиент его концентрации между наружной и внутриклеточной средой, обеспечивается работой натрий-калиевого насоса базальной мембраны. В клетке этот комплекс распадается на составные компоненты.
Внутри почечного эпителия создается высокая концентрация глюкозы, поэтому в дальнейшем по градиенту концентрации глюкоза переходит в интерстициальную ткань. Этот процесс осуществляется с участием переносчика за счет облегченной диффузии. Далее глюкоза уходит в кровоток.
В норме при обычной концентрации глюкозы в крови и, соответственно, в первичной моче вся глюкоза реабсорбируется. При избытке глюкозы в крови, а значит, в первичной моче может произойти максимальная загрузка канальцевых систем транспорта, т. е. всех молекул-переносчиков.
В этом случае глюкоза больше не сможет реабсорбироваться и появится в конечной моче (глюкозурия). Эта ситуация характеризуется понятием «максимальный канальцевый транспорт» (Тм). Величине максимального канальцевого транспорта соответствует старое понятие «почечный порог выведения». Для глюкозы эта величина составляет 10 ммоль/л.
Вещества, реабсорбция которых не зависит от их концентрации в плазме крови, называются непороговыми. К ним относятся вещества, которые или вообще не реабсорбируются, (инулин, маннитол) или мало реабсорбируются и выделяются с мочой пропорционально накоплению их в крови (сульфаты).
Аминокислоты.
Реабсорбция аминокислот происходит также по механизму сопряженного с Na+ транспорта. Профильтровавшиеся в клубочках аминокислоты на 90% реабсорбируются клетками проксимального канальца почки. Этот процесс осуществляется с помощью вторично-активного транспорта, т. е. энергия идет на работу натриевого насоса.
Выделяют не менее 4 транспортных систем для переноса различных аминокислот (нейтральных, двуосновных, дикарбоксильных и иминокислот). Эти же системы транспорта действуют и в кишечнике для всасывания аминокислот.
Описаны генетические дефекты, когда определенные аминокислоты не реабсорбируются и не всасываются в кишечнике.
Белок.
В норме небольшое количество белка попадает в фильтрат и реабсорбируется. Процесс реабсорбции белка осуществляется с помощью пиноцитоза. Эпителий почечного канальца активно захватывает белок. Войдя в клетку, белок подвергается гидролизу со стороны ферментов лизосом и превращается в аминокислоты.
Не все белки подвергаются гидролизу, часть их переходит в кровь в неизмененном виде. Этот процесс активный и требует энергии. За сутки с конечной мочой уходит не более 20 – 75 мг белка. Появление белка в моче носит название протеинурии. Протеинурия может быть и в физиологических условиях, например, после тяжелой мышечной работы.
В основном протеинурия имеет место в патологии при нефритах, нефропатиях, при миеломной болезни.
Мочевина.
Она играет важную роль в механизмах концентрирования мочи, свободно фильтруется в клубочках. В проксимальном канальце часть мочевины пассивно реабсорбируется за счет градиента концентрации, который возникает вследствие концентрирования мочи. Остальная часть мочевины доходит до собирательных трубочек.
В собирательных трубочках под влиянием АДГ происходит реабсорбция воды и концентрация мочевины повышается. АДГ усиливает проницаемость стенки и для мочевины, и она переходит в мозговое вещество почки, создавая здесь примерно 50% осмотического давления.
Из интерстиция по концентрационному градиенту мочевина диффундирует в петлю Генле и вновь поступает в дистальные канальцы и собирательные трубочки. Таким образом совершается внутрипочечный круговорот мочевины.
В случае водного диуреза всасывание воды в дистальном отделе нефрона прекращается, а мочевины выводится больше. Таким образом ее экскреция зависит от диуреза.
Слабые органические кислоты и основания.
Реабсорбция слабых кислот и оснований зависит от того, в какой форме они находятся – в ионизированной или неионизированной. Слабые основания и кислоты в ионизированном состоянии не реабсорбируются и выводятся с мочой.
Степень ионизации оснований увеличивается в кислой среде, поэтому они с большей скоростью экскретируются с кислой мочой, слабые кислоты, напротив, быстрее выводятся с щелочной мочой.
Это имеет большое значение, так как многие лекарственные вещества являются слабыми основаниями или слабыми кислотами.
Поэтому при отравлении ацетилсалициловой кислотой или фенобарбиталом (слабыми кислотами) необходимо вводить щелочные растворы (NaHCО3), для того чтобы перевести эти кислоты в ионизированное состояние, тем самым способствуя их быстрому выведению из организма. Для быстрой экскреции слабых оснований необходимо вводить в кровь кислые продукты для закисления мочи.
Вода и электролиты.
Вода реабсорбируется во всех отделах нефрона. В проксимальных извитых канальцах реабсорбируется около 2/3 всей воды. Около 15% реабсорбируется в петле Генле и 15% – в дистальных извитых канальцах и собирательных трубочках.
Вода реабсорбируется пассивно за счет транспорта осмотически активных веществ: глюкозы, аминокислот, белков, ионов натрия, калия, кальция, хлора. При снижении реабсорбции осмотически активных веществ уменьшается и реабсорбция воды.
Наличие глюкозы в конечной моче ведет к увеличению диуреза (лолиурии).
Основным ионом, обеспечивающим пассивное всасывание воды, является натрий. Натрий, как указывалось выше, также необходим для транспорта глюкозы и аминокислот.
Кроме того, он играет важную роль в создании осмотически активной среды в интерстиции мозгового слоя почки, благодаря чему происходит концентрирование мочи. Реабсорбция натрия совершается во всех отделах нефрона.
Около 65% ионов натрия реабсорбируется в проксимальных канальцах, 25% – в петле нефрона, 9% – в дистальном извитом канальце и 1% – в собирательных трубочках.
Поступление натрия из первичной мочи через апикальную мембрану внутрь клетки канальцевого эпителия происходит пассивно по электрохимическому и концентрационному градиентам.
Выведение натрия из клетки через базолатеральные мембраны осуществляется активно с помощью Na+,К+–АТФазы. Так как энергия клеточного метаболизма расходуется на перенос натрия, транспорт его является первично-активным.
Транспорт натрия в клетку может происходить за счет разных механизмов. Один из них – это обмен Na+ на Н+ (противоточный транспорт, или антипорт). В этом случае ион натрия переносится внутрь клетки, а ион водорода – наружу.
Другой путь переноса натрия в клетку осуществляется с участием аминокислот, глюкозы. Это так называемый котранспорт, или симпорт. Частично реабсорбция натрия связана с секрецией калия.
Сердечные гликозиды (строфантин К, оубаин) способны угнетать фермент Na+,К+–АТФазу, обеспечивающую перенос натрия из клетки в кровь и транспорт калия из крови в клетку.
Большое значение в механизмах реабсорбции воды и ионов натрия, а также концентрирования мочи имеет работа так называемой поворотно-противоточной множительной системы. Поворотно-противоточная система представлена параллельно рас-положенными коленами петли Генле и собирательной трубочкой, по которым жидкость движется в разных направлениях (противоточно).
Эпителий нисходящего отдела петли пропускает воду, а эпителий восходящего колена непроницаем для воды, но способен активно переносить ионы натрия в тканевую жидкость, а через нее обратно в кровь. В проксимальном отделе происходит всасывание натрия и воды в эквивалентных количествах и моча здесь изотонична плазме крови.
В нисходящем отделе петли нефрона реабсорбируется вода и моча становится более концентрированной (гипертонической). Отдача воды происходит пассивно за счет того, что в восходящем отделе одновременно осуществляется активная реабсорбция ионов натрия.
Поступая в тканевую жидкость, ионы натрия повышают в ней осмотическое давление, тем самым способствуя притягиванию в тканевую жидкость воды из нисходящего отдела. В то же время повышение концентрации мочи в петле нефрона за счет реабсорбции воды облегчает переход натрия из мочи в тканевую жидкость.
Так как в восходящем отделе петли Генле реабсорбируется натрий, моча становится гипотоничной. Поступая далее в собирательные трубочки, представляющие собой третье колено противоточной системы, моча может сильно концентрироваться, если действует АДГ, повышающий проницаемость стенок для воды.
В данном случае по мере продвижения по собирательным трубочкам в глубь мозгового вещества все больше и больше воды выходит в межтканевую жидкость, осмотическое давление которой повышено вследствие содержания в ней большого количества Na+ и мочевины, и моча становится все более концентрированной.
При поступлении больших количеств воды в организм почки, наоборот, выделяют большие объемы гипотонической мочи.
Загрузка...
